某山洞隧道工程施工風險評估研究＊

楊亞寧

（湖北工業大學土木建筑與環境學院，湖北武漢 430068）

隨著中國經濟高速發展，社會經濟水平和人們生活質量不斷提高，人們往往追求更便利的出行方式，如城市地鐵、現代高鐵、高速公路等。隧道工程交通運輸的核心，發展也極為迅速，如長度從20 世紀末的10 km 躍升到20 km 級，再到2018 年建成且投入運營的港珠澳大橋海底沉管隧道長達5 664 m；數量從1980 年的4 386 座增長到2019 年的16 798 座，2020 年新增開通鐵路隧道714 座，總長約1 589 km；在建鐵路隧道2 746 座，總長約6 083 km；規劃鐵路隧道6 395 座，總長約16 325 km。

隧道工程在發展的同時，施工線路難免會穿越城市復雜地下空間、野外山川與河流，因隧道工程施工困難及施工安全等問題造成施工中風險事故不斷增加、風險損失不斷增大。

近年來國內外學者對隧道工程施工做了大量研究。因此，本文依托武漢市某山洞隧道工程，對其進行風險評估，首先根據實際施工情況將隧道施工工序進行分解，再識別每道工序的風險事件及風險因素，最后利用層次分析法及綜合集成法對其進行風險評估，根據風險等級定義表，得出隧道工程施工風險等級。

1 隧道工程概況

1.1 工程地質條件

本文依托某山洞隧道施工工程，隧道全長約525.5 m，隧洞寬3.0～12.0 m，高3.25～6.2 m，隧道為Ⅴ～Ⅳ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖段長380.5 m，Ⅳ級圍巖段長145 m。

1.2 工程特點

本隧道均采用非爆破開挖方式，工期壓力大，主要采用破碎頭與人工配合開挖；隧道洞身圍巖主要有Ⅳ、Ⅴ級，以Ⅴ級軟弱圍巖為主，地質條件較為復雜，施工難度高。

2 隧道風險識別

隧道施工過程風險因素識別是找出影響其工程安全的關鍵風險因素，是風險管理的第一步，也是風險評估的依據和前提。通過對隧道、豎井施工過程中可能發生的風險事故進行分析，對比文獻、實際施工資料，總結歸納出影響風險施工發生的風險因素，針對風險因素進行風險分析及風險控制。論文基于武漢某山洞隧道施工風險因素識別，并對其風險分析。

根據本工程實際施工，將隧道施工風險分為四部分：洞身超前支護H1、雙側壁導坑法施工及初期支護H2、仰拱及填充H3、二次襯砌H4，對可能出現在施工過程中的四種風險進行估值評分。

3 風險評估

風險評估是在風險識別、分析的基礎上對風險進行評價，通過層次分析法對風險事件、風險因素進行權重計算，再根據專家調查權重法估算出下級風險因素發生的概率以及發生的后果影響，最后將下級風險因素權重與下級風險因素發生的概率與后果影響進行綜合計算，得出隧道工程施工風險等級。

3.1 基于AHP 的指標權重確定

利用層次分析法將同等級風險因素兩兩相互比較[7]，采用1～9 比率標度法對各風險因素進行對比分析并構建判斷矩陣，通過求解判斷矩陣的特征向量得到各風險因素的相對權重。

最大特征值λmax與特征向量W之間的關系為AW=λmaxW。上式中W分量為相應n個因素的權重：

其中，相對權重為：

幾何平均值為：

3.2 豎井工程風險等級計算

以實際工程施工為基礎，針對隧道施工過程中的風險事件、風險因素，邀請在隧道工程領域有一定建樹的專家對其發生的概率P及發生后果C按照風險概率范圍和風險因素發生概率描述估值打分，結果如表1 和表2 所示。

表1 風險因素發生概率等級標準

表2 風險因素發生后果等級標準

根據式（1）對風險因素進行風險概率計算：

式（1）中：R為風險概率值；P為風險因素發生的概率；C為風險因素發生后果的等級概率。

例如，風險因素“小導管布置不當”的風險概率值為：R=P+C－P×C=0.2+0.4－0.2×0.4=0.52。

同理，可以計算出“工作面局部塌陷”中其他風險因素的風險概率值，將計算出的風險概率值組成向量：N1=（0.52，0.60）。

其他風險事故的風險概率值向量分別為：支護變形N2=（0.51，0.44），導洞斷面坍塌N3=（0.51，0.65，0.37），拱頂沉降N4=（0.52，0.44），支撐失穩N5=（0.44，0.37，0.52），仰拱填充隆起變形N6=（0.58，0.68，0.28），澆筑失穩N7=（0.65，0.36，0.44）。

采用綜合集成方法，根據式（2）計算各風險事故的風險概率值：

式（2）中：R為各風險事故風險概率值；W為各風險因素的權重向量；N為各風險事故的風險概率值向量。

計算可得工作面局部塌陷的風險概率值為0.573，支護變形為0.493，導洞斷面坍塌為0.578，拱頂沉降為0.504，支撐失穩為0.483，仰拱填充隆起變形為0.621，澆筑失穩為0.557。

即可以得出關鍵技術施工風險概率值向量為：洞身超前支護P（H1）=（0.573，0.493），雙側壁導坑法施工及初期支護P（H2）=（0.578，0.504，0.483），仰拱及填充P（H3）=（0.621），拱墻二次襯砌P（H4）=（0.557）。

同理根據式（2）可以得出洞身超前支護的風險概率值為0.553，雙側壁導坑法施工及初期支護為0.641，仰拱及填充為0.621，拱墻二次襯砌為0.557。

則各關鍵技術施工風險概率值組成的向量為（0.553，0.541，0.621，0.557），那么隧道工程施工的風險概率值為：R=W×B=0.553×0.157+0.641×0.505+0.621×0.245+0.557×0.088=0.611。

根據風險等級的定義，該隧道工程風險等級為4 級，屬于較高等級，風險處于較高等級，風險后果非常嚴重，可能對工程有大范圍的破壞以及人員的傷亡，應立即采取緊急安全應急預案，采取相應的措施。

4 結論

本文結合武漢市某隧道、豎井實際工程，通過研究國內外相關理論和方法，結合工程實際，對隧道、豎井施工過程進行風險識別、風險分析、風險評價及風險控制，形成較為完整的風險管理體系。主要結論如下。

通過對實際施工過程的研究，將隧道施工過程分解為洞身超前支護、雙側壁導坑法施工及初期支護、仰拱及填充、拱墻二次襯砌，識別各工序可能發生的風險因素，在風險等級標準的基礎上，構建隧道、大型豎井施工過程的風險評價體系，為之后分析和評價作鋪墊。

在隧道施工過程的風險評價體系的基礎上，首先利用判斷矩陣確定層次分析法模型中各級指標風險因素權重值，其次，在專家調查權重法基礎上計算層次分析法中下級指標風險概率值。最后，根據綜合集成法分別計算出風險事故發生的風險概率值和頂事件風險事故風險概率值。根據風險等級標準得出隧道風險等級結果表明，此隧道施工風險等級均為4 級，關鍵風險因素為未及時封面、不對稱開挖、澆筑方式不正確、未設置防水板。以武漢某山洞隧道為實例，在實際施工時，應該以人為基礎，施工方案為核心，日常監控為輔助對工程進行風險管理，確保人員以及工程的安全。